RU2697675C1 - Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum - Google Patents
Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697675C1 RU2697675C1 RU2019102057A RU2019102057A RU2697675C1 RU 2697675 C1 RU2697675 C1 RU 2697675C1 RU 2019102057 A RU2019102057 A RU 2019102057A RU 2019102057 A RU2019102057 A RU 2019102057A RU 2697675 C1 RU2697675 C1 RU 2697675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- alloy
- absorption
- thermal neutrons
- samarium
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title abstract description 8
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000612 Sm alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, к разработке новых нерадиоактивных материалов и может быть использовано в атомной энергетической промышленности. В частности, для изготовления специального оборудования для влажного и сухого хранения отработанного ядерного топлива и его транспортировки.The invention relates to the field of metallurgy, to the development of new non-radioactive materials and can be used in the nuclear energy industry. In particular, for the manufacture of special equipment for wet and dry storage of spent nuclear fuel and its transportation.
На сегодня, в отечественной промышленности для этих целей применяется сталь ЧС82 (04Х14Т3Р1Ф), (см. а.с. СССР №1122009, 1983 г., а также описание к патенту РФ №2483132, 2013 г.). За рубежом, сталь «БОРОН-304» (БССК, Англия). Все эти материалы обладают свойством поглощения тепловых нейтронов, за счет наличия в их составе в определенных пропорциях бора и его изотопа 10В.Today, in the domestic industry, ChS82 (04X14T3R1F) steel is used for these purposes (see AS of the USSR No. 1122009, 1983, as well as the description of the RF patent No. 2483132, 2013). Abroad, Boron-304 steel (BSSK, England). All these materials have the property of absorbing thermal neutrons, due to the presence in their composition in certain proportions of boron and its isotope 10B.
Переход к новым типам ядерного топлива, более перспективным с точки зрения энергетики, предъявляет повышенные требования к материалу с поглощающими свойствами. Увеличение в процентном соотношении бора в названных металлах, существенно их охрупчивает, что делает их не пригодными в технологической переработке. Это общее свойство боридов, который бы имел не только высокий уровень поглощения тепловых нейтронов, но и обладал высокими эксплуатационными и пластическими свойствами, что в целом обеспечивает безопасность хранения отработанного ядерного топлива.The transition to new types of nuclear fuel, more promising from the point of view of energy, places high demands on the material with absorbing properties. An increase in the percentage of boron in these metals significantly embrittles them, which makes them unsuitable for technological processing. This is a common property of borides, which would have not only a high level of absorption of thermal neutrons, but also have high operational and plastic properties, which generally ensures the safety of storage of spent nuclear fuel.
Известен сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана (патент РФ №2519063, БИ №16, 2014 г.). Здесь для увеличения поглощающих свойств известного сплава титана ПТ7М, добавляют в состав редкоземельный элемент - самарий, обладающий большим сечением захвата тепловых нейтронов (для природных изотопов: 149Sm ~ 50000⋅10-28м2, 152Sm ~ 5600⋅10-28м2, 154Sm ~ 5600⋅10-28м2). Соответственно для бора: 10В ~ 3838⋅10-2м2, 11B ~ 757⋅10-28м2 (см. Справочник: свойства элементов / По ред. Дница М.Е. - М.: Издательский дом. «Руда и Металлы», 2005).A known alloy for the absorption of thermal neutrons based on titanium (RF patent No. 2519063, BI No. 16, 2014). Here, to increase the absorbing properties of the well-known PT7M titanium alloy, a rare-earth element is added to the composition - samarium, which has a large thermal neutron capture cross section (for natural isotopes: 149Sm ~ 50000⋅10 -28 m 2 , 152Sm ~ 5600⋅10 -28 m 2 , 154Sm ~ 5600⋅10 -28 m 2 ). Accordingly, for boron: 10V ~ 3838⋅10 -2 m 2 , 11B ~ 757⋅10 -28 m 2 (see Reference: properties of elements / Ed. By M. Denitsa - M .: Publishing House. "Ore and Metals ", 2005).
Недостатком этого сплава является способность титановой основы - матрицы поглощать водород из воздуха, особенно интенсивно при повышении температуры окружающей среды. Что приводит к охрупчиванию металла, его к растрескиванию со временем его эксплуатации. Это не допустимо в изделиях при сухом хранении отработанного ядерного топлива.The disadvantage of this alloy is the ability of the titanium base - the matrix to absorb hydrogen from the air, especially intensively with increasing ambient temperature. Which leads to embrittlement of the metal, its cracking with time of its operation. This is not permissible in products with dry storage of spent nuclear fuel.
Наиболее близкий к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является алюминиевый сплав АД1 (ГОСТ 4784-74). Химический состав сплава АД1, вес. %:The closest to the described by the technical essence and the achieved effect is aluminum alloy AD1 (GOST 4784-74). The chemical composition of the alloy AD1, weight. %:
алюминий (не менее) 96,5;aluminum (not less than) 96.5;
примеси (не более): медь 0,05; магний 0,05; марганец 0,025; цинк 0,10; железо 0,30; кремний 0,30.impurities (no more): copper 0.05; magnesium 0.05; Manganese 0.025; zinc 0.10; iron 0.30; silicon 0.30.
Поставленная цель достигается тем, что в известный сплав АД1 на основе алюминия, добавляют редкоземельный элемент - самарий, в объеме, вес. %: (0,5-2,5), оставляя содержание примесей без изменений.The goal is achieved by the fact that in the well-known alloy AD1 based on aluminum, a rare-earth element is added - samarium, in volume, weight. %: (0.5-2.5), leaving the content of impurities unchanged.
Диапазон содержания в сплаве самария обусловлен оптимальным уровнем поглощения тепловых нейтронов и экономической целесообразностью. Ниже 0,5% - сплав не обеспечивает необходимый уровень поглощения, более 2,5% - повышается себестоимость сплава. Отметим, при выплавке алюминиевого сплава с самарием, допускается добавление в его состав не только технически чистого самария, изготовленного по ТУ48-4-207-72, но и оксиды Sm2O3, гидриды SmH2, SmH3. При сплавлении самария с алюминием, образуется интерметаллическое соединение с высокими эксплуатационными свойствами. При этом, в отличие от бора, самарий не охрупчивает сплав, сохраняя его эксплуатационные и технологические свойства: предел прочности не менее 100 МПа, относительное удлинение не менее 20%.The range of content in the samarium alloy is determined by the optimal level of absorption of thermal neutrons and economic feasibility. Below 0.5% - the alloy does not provide the necessary level of absorption, more than 2.5% - the cost of the alloy increases. Note that in the smelting of an aluminum alloy with samarium, it is allowed to add not only technically pure samarium made according to TU48-4-207-72, but also oxides Sm 2 O 3 , hydrides SmH 2 , SmH 3 . When fusing samarium with aluminum, an intermetallic compound with high performance properties is formed. At the same time, unlike boron, samarium does not embrittle the alloy, preserving its operational and technological properties: tensile strength of at least 100 MPa, elongation of at least 20%.
К достоинствам заявленного алюминиевого сплава с самарием (AlSm), можно отнести не только высокую поглощающую способность тепловых нейтронов, но и неспособность к искрообразованию, отсутствие воздействия на жизнедеятельность микроорганизмов. Хорошая корозионностойкость алюминиевых сплавов в средах - теплоносителях позволяют их использовать в атомном реакторостроении.The advantages of the claimed aluminum alloy with samarium (AlSm) include not only the high absorption capacity of thermal neutrons, but also the inability to spark formation and the absence of impact on the vital activity of microorganisms. The good corrosion resistance of aluminum alloys in coolant environments allows them to be used in nuclear reactor engineering.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102057A RU2697675C1 (en) | 2019-01-25 | 2019-01-25 | Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102057A RU2697675C1 (en) | 2019-01-25 | 2019-01-25 | Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2697675C1 true RU2697675C1 (en) | 2019-08-16 |
Family
ID=67640594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019102057A RU2697675C1 (en) | 2019-01-25 | 2019-01-25 | Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2697675C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1632955A1 (en) * | 2003-05-13 | 2006-03-08 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum based neutron absorber and method for production thereof |
| US20080050270A1 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-28 | Xiao-Guang Chen | Neutron Absorption Effectiveness for Boron Content Aluminum Materials |
| RU2496902C1 (en) * | 2012-08-31 | 2013-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Aluminium-matrix composite material with boron-containing filler |
| RU2519063C1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест" | Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons |
-
2019
- 2019-01-25 RU RU2019102057A patent/RU2697675C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1632955A1 (en) * | 2003-05-13 | 2006-03-08 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum based neutron absorber and method for production thereof |
| US20080050270A1 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-28 | Xiao-Guang Chen | Neutron Absorption Effectiveness for Boron Content Aluminum Materials |
| CA2563444C (en) * | 2004-04-22 | 2010-09-21 | Alcan International Limited | Improved neutron absorption effectiveness for boron content aluminum materials |
| RU2496902C1 (en) * | 2012-08-31 | 2013-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Aluminium-matrix composite material with boron-containing filler |
| RU2519063C1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МетИнвест" | Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2430419A (en) | Welding rod | |
| US2906654A (en) | Heat treated titanium-aluminumvanadium alloy | |
| US20170167005A1 (en) | Austenitic stainless steel and method for producing the same | |
| RU2697675C1 (en) | Alloy for absorption of thermal neutrons based on aluminum | |
| CN109457158A (en) | A kind of corrosion-proof rare earth magnesium alloy and preparation method thereof | |
| CN107460363B (en) | Copper alloy and use thereof | |
| US3039868A (en) | Magnesium base alloys | |
| CN112662913B (en) | Nitric acid corrosion resistant Ti35 titanium alloy | |
| CN104928547A (en) | High-strength and high-temperature-resistant magnesium alloy | |
| CN105441804A (en) | Impact resistant composite metal material | |
| KR910007461B1 (en) | Radiation absorber | |
| Pylypenko | High pure zirconium | |
| RU2698309C1 (en) | Aluminum-based composite material (versions) and article made therefrom | |
| US2586647A (en) | Aluminum alloy | |
| CN115807197A (en) | Ferrite-based boron stainless steel with high boron content | |
| RU2519063C1 (en) | Titanium-based alloy for absorption of heat neutrons | |
| KR20220019399A (en) | Rolled steel plate having Gadolinium for neutron shielding and method of manufacturing the same | |
| EP4510150A1 (en) | Alloy composition of titanium-gadolinium alloy with excellent neutron absorption ability and tensile properties and neutron absorbing structural material manufactured by using same | |
| US3072478A (en) | Zirconium alloys | |
| US3119687A (en) | Radiation resistant steel | |
| US3480430A (en) | Zirconium alloy | |
| CN116790988B (en) | An iron-chromium-aluminum alloy suitable for lead-based stacks and a heat treatment method thereof | |
| JPS5928622B2 (en) | Austenitic stainless steel for high temperature and low chlorine concentration environments | |
| CN103451475A (en) | Sulfur-containing high-Nb zirconium-tin-niobium alloy for nuclear power plant fuel cladding | |
| KR20240011625A (en) | Chemical compositions of Ti-Gd based alloys with improved neutron absorbing capability and tensile properties, and neutron absorbing structural materials manufactured through the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210126 |